母线保护及失灵保护

母线保护及失灵保护辛伟母线保护：母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。运行实践表明：在众多的连接元件中，由于绝缘子的老化，污秽引起的闪路接地故障和雷击造成的短路故障次数甚多。另外，运行人员带地线合刀闸造成的母线短路故障，也有发生。母线的故障类型主要有单相接地故障，两相接地短路故障及三相短路故障。两相短路故障的几率较少。当发电厂和变电站母线发生故障时，如不及时切除故障，将会损坏众多电力设备及破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全变电站大停电，乃至全电力系统瓦解。因此，设置动作可靠、性能良好的母线保护，使之能迅速检测出母线故障所在并及时有选择性的切除故障是非常必要的。对母线保护的要求：与其他主设备保护相比，对母线保护的要求更苛刻。（1）高度的安全性和可靠性母线保护的拒动及误动将造成严重的后果。母线保护误动将造成大面积停电；母线保护的拒动更为严重，可能造成电力设备的损坏及系统的瓦解。（2）选择性强、动作速度快母线保护不但要能很好地区分区内故障和外部故障，还要确定哪条或哪段母线故障。由于母线影响到系统的稳定性，尽早发现并切除故障尤为重要。母差保护的分类：母线差动保护按母线各元件的电流互感器接线不同可分为母线不完全差动保护和母线完全差动保护；母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器接入差动回路，在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器连接到差动回路。母线完全差动保护又包括固定连接方式母差保护、电流相位比较式母差保护、比率制动式母差保护（阻抗母线差动保护）、带速饱和电流互感器的电流式母线保护等。莲花厂的WMH-800微机型母线保护装置为比率制动式母差保护。固定连接系指一次元件的运行方式下二次回路结线固定，且一一对应。双母线同时运行方式,按照一定的要求,将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上,这种母线称为固定连接母线。这种母线的差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。对它的要求是一母线故障时,只切除接于该母线的元件,另一母线可以继续运行,即母线差动保护有选择故障母线的能力。当运行的双母线的固定连接方式被破坏时,该保护将无选择故障母线的能力,而将双母线上所有连接的元件切除。母联电流相位比较式母线差动保护主要是在母联开关上使用比较两电流相量的方向元件，引入的一个电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差电流,引入的另一个电流量是流过母联开关的电流。在正常运行和区外短路时差电流很小，方向元件不动作；当母线故障不仅差电流很大且母联开关的故障电流由非故障母线流向故障母线，具有方向性，因此方向元件动作且具有选择故障母线的能力。集成电路型母线保护根据差动回路中阻抗的大小，可分为低阻抗型母线保护(一般为几欧姆)，中阻抗型母线保护(一般为几百欧姆)，高阻抗型母线保护(一般为几千欧姆)。低阻抗型母线保护（一般为几欧姆）：低阻抗母线差动保护装置比较简单，一般采用久经考验的判据，系统的监视较为简单。但低阻抗母线差动保护不适用于高压母线，因为在母线外部故障使CT饱和时，母线差动继电器中会出现较大的不平衡电流，可能使母差保护误动作，所以该的可靠性不能得到很好的满足。高阻抗型母线保护（一般为几千欧姆）：高阻抗母线保护可以较好地解决CT饱和问题，为了克服低阻抗母线保护中CT饱和时误动作的问题，可在差动回路中串入一高阻抗，其值可在数千欧姆以上，因而在外部故障电流互感器饱和时，可减少差动回路的不平衡电流，不需要制动，对于区内故障采用CT饱和前快速动作的方式，区内故障动作速度快。但在内部故障时，差动回路可产生危险的过电压，对继电器可靠工作不利。为了可靠性，设计了一个附加的高阻抗保护系统，作为检测元件提供第二个跳闸判据，但需要一种与之匹配的CT线圈，且要求CT的传变特性完全一致，变比相同，这对于扩建的变电所来说较难做到。因此总体上高阻抗型母线保护在运行维护维修等方面都十分困难，所以这种保护在电力系统中很少被采用。中阻抗型母线保护（一般为几百欧姆）：中阻抗型母线保护的选择元件是一个且有比率制动特性的中阻抗型电流差动继电器，显著降低了母差回的负载阻值，既且有低阻抗、高阻抗保护的优点，又避开了它们的缺点，把高阻抗特性与比率制动特性两者有效结合，在处理CT饱和方面有独特优势：较好地保证了区外故障CT饱和不误动、区内故障正确快速动作，且其对CT无特殊要求。它以电流瞬时值作测量比较，测量元件和差动元件多为集成电路或整流型继电器，当母线内部故障时，动作速度极快，一般动作时间小于10ms，因此又被称为“半周波继电器”。其缺点是必须应用辅助电流互感器，保护整定计算较为复杂。带速饱和电流互感器的电流差动式母线保护：这种保护的原理是利用母线上各连接元件电流相量作为动作量，它将母线上各元件电流互感器二次按同极性并联构成差电流回路，再经过速饱和变流器后接差电流继电器。正常运行或区外短路时，母线上各元件电流相量和为零，无差电流，保护不动作；母线短路时，母线上各元件电流相量和不为零，差电流很大，保护动作。对于带速饱和变流器的电流差动式母差保护有以下要求：1）外部短路时的暂态不平衡电流很大，而且很难依靠定值躲过它。目前主要是采用速饱和变流器，利用短路电流暂态分量中的直流分量使速饱变流器的铁心迅速饱和，造成差动继电器灵敏度下降，防止误动作，但母线故障时动作稍有延时。2）对于稳态下的不平衡电流，主要是靠电流互感器在通过最大区外短路电流时其误差不超过10%，母线保护的整定值必须躲过此时的不平衡电流。3）各电流互感器的变化必须相同，不同时可采用中间变流器进行补偿，但对中间变流器的要求比主电流互感器更为严格，一般要求其误差不超过5%。为减轻主电流互感器二次负载，中间变流器宜采用降流方式，最好安装在户外的断路器场地内。如必须采用升流方式时，其升流比不应超过2，而且最好安装在保护屏上或保护屏下的电缆层中。4）为减轻电流互感器二次负载和经济起见，各电流互感器二次侧连线应在断路器场内的母差端子箱内先并联，然后再通过一根大截面电缆与室内的保护屏相连。微机型母线保护相对于其它类型的母线保护，有着不可比拟的优势：1)微机母线保护不需要公共的差电流回路，不需要将各回路的电流互感器二次绕组并联在一起引至保护盘，而是通过软件计算来合成差动电流和制动电流，这大大简化了交流二次回路，提高了保护的可靠性；2)可以用软件来平衡各回路电流互感器变比的不同，不需要设置辅助电流互感器；3)利用微机的智能作用和计算能力可实现更复杂但更可靠的动作判据，创造各种检测电流互感器饱和的新方法；4)对双母线接线方式而言具有自适应能力，利用微机的智能作用自动识别各回路所连接的母线组别；5)微机母线保护具有自检功能，可靠性得到了进一步的提高；更重要的是，微机母线保护具有通信接口，可方便地与监控系统互联、完成信息的远传和远控，实现自动化；当然微机母线保护具有调试整定方便的优点是不言而喻的。微机母线保护相对于线路保护来说它有自己的一些特点：1)由于母线保护需要与一次母线相对应，所以输入的电流量、电压量和开关量都很多，对数据处理的能力要求高；2)由于是电流差动，所以各交流回路输入的电流幅值精度和相位一致性就显得格外重要；3)母线保护切除元件数目多，涉及的范围广，装置的可靠性必须保证；4)母线保护一旦退出运行，将给生产调度带来很多压力，所以装置运行必须稳定，保证年投入时间。因此微机母线保护的研制，应集中在以下几个方面：1)提高保护的动作速度及动作灵敏度；2)采取切实可靠的措施，防止因CT饱和产生的不平衡电流造成保护误动；3)增强保护适应母线运行方式变化的能力；4)增强自动检测和监视功能，保护运行操作尽可能简化；5)增强装置抗干扰性，减少装置本身故障概率。实现母线差动保护的基本原则：1)在正常运行及母线范围以外故障时，母线上所有的连接元件中流入的电流和流出的电流相等，表示为，其中m为母线上所有连接元件的数目，Ij为第j个连接元件的支路电流。2)当母线上发生故障时，所有与电源连接的元件都向故障点供给短路电流，而给负荷供电的连接元件中电流等于零，因此，其中Id是指短路点的总电流。3)对每个连接元件中电流的相位来说，在正常运行以及母线发生区外故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，即电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。而当母线故障时，除电流等于零的元件外，其它元件中的电流则是同相位的。总之，母线保护的原理构成总是基于对母线上各连接元件之间的电流的比较，常用以下几种保护原理：1)完全电流差动原理：以总差动电流为起动元件，以分差动电流为选择元件，母线保护可以正确切除故障段母线。2)母联电流比相原理：母联电流比相原理是比较总差动电流与母联断路器中的电流相位，利用两个电流之间的相位关系来判别故障母线。3)电流相位比较原理：正常运行或母线外部短路时，各元件电流有流入母线的，也有流出母线的，它们的相位相差180。。母线内部发生短路时，各电流均流入母线，它们的相位差接近O。。因此，根据各连接元件的电流相位差，可清楚地区分出母线的内部或外部故障。电流相位比较式母线保护，就是利用相位比较元件测量各电流间的相位差，来实现保护功能。4)带比率制动特性的电流差动原理：起动元件的动作电流随外部短路电流的变化而同时变化，也就是将外部短路电流作为制动电流，那么起动电流的门坎值就可以减小，因而在母线故障时保护有较高的灵敏度。对于传统的继电器来说，反应的都是电流有效值或平均值，而不是电流的瞬时值大小。随着数字化微机保护的发展，反应瞬时值大小的继电器成为可能，相应地出现了瞬时值比率差动01mjjIIIdmjj1判据。我的继电保护学习方法：1、保护配置；2、保护动作判据或原因；3、保护范围及动作结果。一、莲花厂微机母线保护的配置：目前莲花厂母线保护装置采用许继集团公司生产的WMH-800微机型母线保护装置，保护配置为双套母线差动保护和一套断路器失灵保护。该保护装置共由三面屏柜组成，其中两面屏为保护屏，分别由A、B、C三相差动保护单元、电压闭锁单元及人机对话单元组成，A、B、C三相差动保护单元分别完成各自的模拟量采集及转换、开关量输入、保护逻辑运算、信号及跳令的开出。为提高保护的动作可靠性，在保护中还设置有启动元件、复合电压闭锁元件、TA二次回路断线闭锁元件及TA饱和检测元件等。图WMH-800微机母线保护装置总体结构图1、母线差动保护：母线差动保护的基本原理：母线正常运行时：母线发生故障时：比率制动式差动：（瞬时△）K：制动系数01mjjIIIOPmjj1mjjmjjIIK11opoI12III动作区制动区意义区resIdI无母线区内故障流出电流及外部故障CT误差对差动保护的影响：母线内部故障时，可能有电流流出母线，差动保护的灵敏度降低。假设流出母线的电流与总故障电流的比值为δ，如图所示：外部故障时，故障支路CT可能产生较大的误差而引起不平衡电流，假设故障支路CT误差为δ，如图所示：由此可以看出给定比率制动系数K，要保证差动保护正常工作，内部故障时流出母线的电流和总电流的比值以及外部故障时允许故障支路CT误差值都有一对应关系，如下表：制动系数流出母线电流比值(%)允许CT误差(%)0.353.846.20.442.857.20.533.366.70.625750.717.682.40.811.188.9莲花厂的制动系统K为0.5。要保证差动保护动作，此时的制动系数应为：II)1(CTCBBK2kIICTCBK要保证差动保护动作，此时的制动系数应为：11k差动保护设置大差及各段母线小差，大差作为小差的启动元件，用以区分母线区内外故障，小差为故障母线的选择元件。大差，小差均采用具有比率制动特性的瞬时值电流差动算法。大差不包括母联电流，每段母线小差只包括各自所连接单元电流。制动电流也如此。小差元件为某一条母线的差动元件，其引入电流为该条母线上所有连接元件TA二次电流